具体实施方式

在下文中，将通过示例性附图详细描述本发明的一些实施方式。应当注意，在为每个附图的部件分配附图标记时，尽管部件显示在不同的附图上，但是相同的附图标记表示相同的部件。此外，在描述本发明概念时，如果确定公知的配置或功能的详细描述会使本发明概念的主题不清楚，则省略该详细描述。

为了解决上述分流电阻器的问题，本发明包括一种可以使用电池的基本部件来测量电流，以在不使用分流电阻器的情况下测量电池电流的方法和装置。

通常，基本上必须存在用于通过接通/断开电池来控制充电和放电的开关元件，并且该开关元件包括诸如MOSFET的半导体器件。

诸如MOSFET的半导体器件的电阻通常类似于分流电阻器，尽管存在通过传统方法测量电流的方法，但由于电阻随温度的变化幅度大，因此半导体尚未实际用于测量精确的电流。

然而，本发明包括如下所述的二极管结构，由此通过根据MOSFET的电阻随温度的变化补偿精确电流测量的困难，使得可以精确地测量电池的电流。在下文中，将更详细地描述本发明的配置。

这里，电池的类型没有特别限制，例如，电池可以包括锂离子电池、锂聚合物电池、镍镉电池、镍氢电池、镍锌电池等。

此外，多个电池电芯由串联和/或并联连接的电池模块形成，并且至少一个电池模块与电池管理系统(BMS)组合以形成电池组。

BMS估计电池的状态并使用估计的状态信息来管理电池。

在下文中，电池电芯或电池模块将被简称为电池。

图1是将传统的电池电流测量装置与根据本发明实施方式的电池电流测量装置进行简要比较的图。

在图1中，左侧的图是使用常规分流电阻器测量电池电流的电池电流测量装置的简化图。

为了测量电池电流，在电池的一侧串联连接分流电阻器，并且BMS通过测量所连接的分流电阻器两端的电压来计算电池电流。在下文中，将更详细地描述通过分流电阻器的电池电流测量方法。

分流电阻器串联连接在电池的一侧，并且通过电压测量单元测量分流电阻器两端的电压。分流电阻器两端的电压由于其小的大小而被电压放大单元放大。

由电压放大单元放大的电压通过模数(A/D)转换器转换为数字值。在这种情况下，A/D转换器的参考电压可以是固定值，例如5V。

由A/D转换器转换的数字信号被发送到MCU。在接收数字信号的MCU中，使用接收的数字信号计算电池的电流。

这里，电压测量单元、电压放大单元、A/D转换器和MCU被包括在电池管理系统(BMS)中。

除了分流电阻器之外，用于控制电池充电和放电的开关元件位于电池和输出端子之间的电流路径上。开关元件通常是半导体器件，优选地是MOSFET。开关元件从BMS接收控制信号以执行电池的充电和放电。

在图1中，右侧的图是根据本发明实施方式的电池电流测量装置的简化图。

与传统的电池电流测量装置不同，根据本发明实施方式的电池电流测量装置不包括分流电阻器。

然而，通过使用用于控制电池的充电和放电的开关元件(例如MOSFET)来计算电池电流。

也就是说，在本发明的实施方式中，通过电压测量单元测量MOSFET两端的电压。然而，MOSFET是半导体器件，并且电阻随着温度的变化而显著地变化。MOSFET直接连接到电池，因为它执行电池的充电/放电控制，并且因为在电池充电/放电期间产生的热，MOSFET也受到电池热的影响。因此，当电阻由于MOSFET的热而改变时，难以精确地测量MOSFET的电压。

因此，本发明包括单独的温度补偿单元以补偿由MOSFET的热引起的电阻变化。这将在后面描述。

在MOSFET两端测量的电压由电压放大单元放大。放大的信号由A/D转换器转换成数字信号。也就是说，A/D转换器将开关元件两端的电压转换为数字值。

然而，如上所述，为了补偿由MOSFET的温度变化引起的电阻变化，改变A/D转换器的参考电压。为了改变A/D转换器的参考电压，将二极管结构连接到A/D转换器。二极管结构可以由单个或多个二极管组成。

此外，由于电阻可以根据MOSFET器件的类型和数量以及它们的连接配置而变化，所以连接到A/D转换器的二极管被选择为具有与MOSFET相同的电压降特性，或者多个二极管被串联和并联连接以允许温度曲线与MOSFET的温度曲线相同。也就是说，多个二极管具有与作为开关元件的MOSFET的温度-电阻曲线相匹配的温度-电阻曲线。这里，因为温度曲线更类似于MOSFET的温度曲线，所以电流测量的精度变得更高。

为了用与MOSFET相同的温度曲线进行更精确的测量，将连接到A/D转换器的多个二极管放置在与MOSFET相同的铜板上，并靠近MOSFET放置以产生温度与影响MOSFET的温度相同的环境。

由A/D转换器转换的数字信号被发送到作为电流计算单元的MCU。从A/D转换器接收数字信号的MCU再次将数字信号转换为流过开关元件的电流。电池的充电/放电电流可以根据流过开关元件的电流来计算。通过使用在MCU中转换的电池充电/放电电流来计算/运算诸如电池退化程度和容量的电池状态信息。

图2是根据本发明实施方式的电池电流测量装置200的框图。

电池电流测量装置200包括开关元件201、电压测量单元202、电压放大单元204、A/D转换器206、温度补偿单元208和电流计算单元210。

开关元件201形成在电池和电池的输出端子之间的充电/放电路径中。基于BMS的控制信号将开关元件201控制为接通/断开，从而将存储在电池中的电力提供给外部或者用外部电力对电池充电。在本发明的实施方式中，开关元件201例如可以是MOSFET，但不限于此，并且可以应用任何开关元件，只要该开关元件根据温度改变电阻即可。

电压测量单元202测量开关元件201两端的电压。这里，电压测量单元202被配置为将开关元件201两端的电压测量为模拟值，例如模拟前端。电压测量单元202将测量的开关元件两端的电压信号传输到电压放大单元204。可以在没有电压测量单元202的情况下在电压放大单元204中放大开关元件201两端的电压。

电压放大单元204将直接从开关元件201或通过电压测量单元202施加的开关元件两端的电压放大。开关元件201的放大电压被传送到A/D转换器206。

A/D转换器206接收开关元件201的放大的电压信号。A/D转换器206将开关元件201的接收电压信号转换为数字信号。也就是说，A/D转换器206将开关元件两端的电压转换为数字值。A/D转换器206在将开关元件201的接收电压信号转换为数字信号时使用随温度变化的参考电压。

具体地，开关元件201具有电阻值随温度的大变化。当开关元件201的温度较高时，电阻变大。因此，开关元件201难以测量正确的电压，因为电阻在温度变化的影响下根据电池的发热而改变。为了补充开关元件201的特性并获得精确的电压值，包括多个二极管的温度补偿单元208连接到A/D转换器的参考电压输入端子。

当温度变化时，二极管对于固定电流值具有不同的电压降。因此，通过使用具有与开关元件201的随温度变化的电阻变化曲线相似的温度-电阻曲线的二极管类型、数量和连接配置，改变了A/D转换器的参考电压值。结果，可以得到不受温度影响的开关元件201的更精确的电压。

即，根据本发明，施加到用于测量开关元件201两端的电压的A/D转换器的参考电压是根据温度而改变的电压，而不是固定电压(例如，5V)。作为诸如开关元件201的半导体元件的二极管具有随温度的正向电压降。因此，通过该二极管改变的参考电压补偿了开关元件201的电阻随温度的变化。

此时，为了允许二极管在与开关元件201相同温度环境中操作，二极管被布置在与开关元件201相同的铜板上并且被布置为靠近开关元件201。

如上所述，温度补偿单元208连接到A/D转换器206以施加参考电压，并且被配置为补偿电压值，该电压值随着由于开关元件201中的温度改变而引起的电阻改变而改变。也就是说，参考电压根据二极管结构和温度而改变。

具体地，温度补偿单元208包括多个二极管串联和并联连接的二极管结构。也就是说，温度补偿单元208包括能够根据开关元件的温度变化补偿电阻变化的二极管结构。温度补偿单元208的一端连接到电源电压，另一端连接到A/D转换器206。也就是说，二极管结构串联连接在电源电压和A/D转换器206之间，使得由温度补偿单元208产生的参考电压被施加到A/D转换器206。

由于二极管也是诸如开关元件201的半导体器件，所以电阻值像开关元件201一样随温度变化。此外，因为电阻根据开关元件201的类型而变化，所以包括在二极管结构和连接构造中的二极管的类型和数量被调整为使温度-电阻曲线相同。此时，通过开关元件201的温度-电阻曲线和二极管结构的温度-电阻曲线有多相似来确定测量的电压的精度。此外，二极管结构可以包括单个二极管，并且在这种情况下，单个二极管被选择为具有相同的电压降特性以补偿整个开关元件201的电压随温度的变化。此外，温度补偿单元靠近开关元件设置。

A/D转换器206接收从电压放大单元204接收的开关元件201的放大测量电压，使用由温度补偿单元208确定的参考电压将开关元件201的放大电压信号转换为数字信号，并将其发送到电流计算单元210。

电流计算单元210使用从A/D转换器206接收的数字信号来计算电池电流，并且使用所计算的电池电流来计算和运算电池信息(诸如，电池的退化程度和电池容量)。

图3是示出根据本发明实施方式的电池电流测量方法的流程图。

控制电池充电和放电的开关元件(例如MOSFET)连接到电池。MOSFET是半导体器件并且具有随温度变化的宽范围的电阻变化。电压测量单元202测量开关元件201两端的电压(S300)。电压测量单元202将测量的开关元件两端的电压信号传输到电压放大单元204。在没有电压测量单元202的情况下，可以通过电压放大单元204立即放大开关元件201两端的电压。

这里，与测量的电压相关地，为了补偿由于开关元件的温度变化引起的电阻变化，改变A/D转换器的参考电压。为了改变A/D转换器的参考电压，将二极管结构连接到A/D转换器。二极管结构可以由单个或多个二极管组成。这将在后面描述。

发送到电压放大单元204的开关元件201的电压信号被电压放大单元放大(S302)。将开关元件201的放大电压信号传送到A/D转换器206(S304)。

接收开关元件201的放大电压信号的A/D转换器206从温度补偿单元208接收参考电压(S306)。也就是说，设置参考电压，以通过温度补偿单元根据开关元件的温度变化补偿电阻变化。

具体地，温度补偿单元208包括单个或多个二极管。当温度变化时，二极管对于固定电流值具有不同的电压降。因此，通过使用具有与随开关元件201的温度变化的温度-电阻曲线相似的温度-电阻曲线的二极管来改变A/D转换器的参考电压值，可以使开关元件201的电压成为不受温度影响的更精确的电压值。

输入电压的电压降根据包括在温度补偿单元208中的二极管的温度而产生，使得传输到A/D转换器206的参考电压可以根据温度而改变。

即，根据本发明，施加到用于测量开关元件201两端的电压的A/D转换器的参考电压是根据温度而改变的参考电压，而不是固定电压(例如5V)。作为半导体的二极管(诸如开关元件201)具有随温度的正向电压降。因此，通过该二极管改变的参考电压补偿了开关元件201的电阻随温度的变化。

此时，为了允许二极管在与开关元件201相同温度的环境中操作，二极管被布置在与开关元件201相同的铜板上并且被布置为靠近开关元件201。

如上所述，温度补偿单元208连接到A/D转换器206以施加参考电压，并且被配置为补偿电压值，该电压值随着由于开关元件201中的温度改变而引起的电阻变化而改变。

A/D转换器206通过使用所施加的参考电压将开关元件201的测量电压信号转换为数字信号(S308)。即，通过使用由A/D转换器设置的参考电压将放大的电压转换为数字值。

A/D转换器206将转换后的数字信号发送到电流计算单元110(S310)。

接收数字信号的电流计算单元110使用接收的数字信号计算开关元件201的电流以估计电池电流，并使用估计的电池电流获得电池信息。

图4是示出根据MOSFET的温度变化的电阻变化的曲线图。

由于MOSFET具有如图4所示的随温度变化的电阻，由于MOSFET的电阻变化，不能通过V＝I*R精确地计算电流。

即，即使同样地测量MOSFET两端的电压，由于MOSFET的电阻随温度变化，计算的电流也将随温度变化。MOSFET直接连接到电池，因为它控制电池的充电/放电，并且开关元件201也受到在电池充电/放电过程期间产生的热的影响。因此，当电阻由于MOSFET的热而改变时，难以精确地测量MOSFET的电压。

例如，即使MOSFET两端的测量电压是a V，由于当MOSFET的温度是60℃时电阻是0.6mΩ，电流将是a/(0.6*10-3)A，并且当MOSFET的温度是140℃时，由于电阻是0.8mΩ，电流将是a/(0.6*10-3)A。也就是说，由于电阻根据MOSFET的温度而变化，即使测量的电压相同，电阻也会根据温度而变化，因此计算的电流可能不同。

为了对此进行补偿，本发明包括单独的温度补偿单元，以根据由于MOSFET的热量引起的电阻变化来补偿电压变化。

图5是示出根据二极管温度的电流和电压的变化的曲线图。

当相同的电流流动时，二极管的正向压降根据温度而变化。参考图5的曲线图，例如，如果电流以200mA流动，则在150℃下产生100mV的电压降，在125℃下产生约140mV的电压降，在100℃下产生约190mV的电压降，并且在75℃下产生约230mV的电压降。

因此，举例来说，如果二极管结构的输入电压为5V，那么通过二极管的正向电压降，输入到A/D转换器206的参考电压在150℃下为4.9V，在125℃下为约4.86V，在100℃下为约4.81V，且在75℃下为约4.77V。

通过使用这种二极管的特性，可以将其实现为使用具有与MOSFET的温度曲线最相似的温度曲线的二极管的单个二极管，并且还可以串联连接多个二极管以补偿MOSFET处的变化的电压值。

图6是根据本发明实施方式的实现示例。

如图6所示，二极管靠近MOSFET设置。此外，直接位于设置有MOSFET的MOSFET层下方的层在二极管下方延伸，使得MOSFET和二极管位于相同的层上。

这是为了通过允许MOSFET和二极管设置在相同的层上来减小温度偏差。

此外，由于电阻根据MOSFET器件类型和并联数量而变化，因此二极管也被选择为具有与MOSFET相同的电压降特性的器件，或者串联连接以具有与MOSFET相同的温度-电阻曲线。准确度由该温度-电阻曲线如何相似来确定。

图7是使用常规分流电阻器的电池电流测量装置的示意性配置图。

分流电阻器串联连接在电池和输出端子之间，并且分流电阻器两端的电压小，使得其被电压放大单元放大。

在电压放大单元(例如，Op amp)中放大的电压通过模数(A/D)转换器转换为数字值。在这种情况下，参考电压可以是固定值，例如5V。

由A/D转换器转换的数字信号被发送到MCU。在接收数字信号的MCU中，使用接收的数字信号将其再次转换为电流值。

图8是根据本发明实施方式的电池电流测量装置的配置图。

使用控制电池充电和放电的开关元件(例如，MOSFET)测量电池电流。MOSFET是半导体器件，并且由于电阻随温度变化的大变化而难以测量精确的电压。

在通过Op amp放大MOSFET的电压之后，放大的信号在A/D转换器中被转换成数字信号。

然而，如上所述，由于电阻随温度变化的宽度较大，MOSFET难以精确地测量电压。因此，为了对此进行补偿，A/D转换器的参考电压被改变。为了改变A/D转换器的参考电压，将二极管结构连接到A/D转换器。二极管结构可以由单个或多个二极管组成。

此外，由于电阻可以根据MOSFET器件的类型和数量以及它们的连接配置而变化，所以选择连接到A/D转换器的二极管以具有与MOSFET相同的电压降特性，或者多个二极管被串联和并联连接以允许温度-电阻曲线与MOSFET的温度-电阻曲线相同。这里，由于温度-电阻曲线更类似于MOSFET的温度-电阻曲线，因此电流测量的精度变得更高。

由A/D转换器转换的数字信号被发送到MCU。从A/D转换器接收数字信号的MCU再次将数字信号计算为电流。通过使用在MCU中转换的电池充电/放电电流来计算/运算诸如电池退化程度和容量的电池状态信息。

图9是根据本发明另一实施方式的电池电流测量装置的配置图。

除了添加减法器906的配置和温度补偿单元908连接到减法器的配置之外，图9的配置与图2的配置相同。因此，将主要集中于不同于图2的配置进行描述。

测量的开关元件201两端的电压被放大，并且放大的电压信号被输入到减法器906的第一输入端子。此外，温度补偿单元908的输出电压信号被输入到减法器906的第二输入端子。

这里，温度补偿单元908被配置为补偿根据由开关元件201的温度变化引起的电阻变化而变化的电压值，并且具有与开关元件201相同的温度-电阻曲线。因此，类似于电压放大单元904的随开关元件201的温度变化的输出电压信号，温度补偿单元908的输出电压信号也随温度变化。因此，结果，输入到减法器906的第一输入端子和第二输入端子的电压信号之间的差总是保持恒定。因此，减法器906的输出电压信号也保持恒定，而与开关元件201随温度的电压变化无关。

减法器906的输出电压信号被输入到A/D转换器910，并且A/D转换器910使用固定参考电压将从减法器906接收的输出电压信号转换为数字信号，并将转换后的数字信号发送到电流计算单元912。

图10是根据本发明另一实施方式的电池电流测量装置的配置图。

除了添加减法器的配置和温度补偿单元连接到减法器的配置之外，图10的配置与图8的配置相同。因此，将主要集中于不同于图8的配置进行描述。

在通过OP amp放大测量的MOSFET电压之后，放大的信号被输入到减法器。然而，由于MOSFET由于温度变化而具有大的电阻变化，因此为了对此进行补偿，减法器的另一输入端子与作为温度补偿单元的二极管结构连接。

连接到减法器的二极管结构包括单个或多个二极管，并且二极管结构具有与MOSFET相同的温度-电阻曲线。因此，输入到减法器的二极管结构的输出电压信号和MOSFET两端的电压之间的差总是保持恒定，使得减法器的输出也保持恒定。

从减法器输出的电压信号被输入到A/D转换器，并且A/D转换器使用固定参考电压将从减法器输出的电压信号转换为数字信号。

图11是示出根据本发明另一实施方式的电池电流测量方法的流程图。

电压测量单元902测量开关元件201两端的电压(S1100)。

电压放大单元904对开关元件201两端的测量电压信号进行放大(S1110)。这里，开关元件两端的电压可以在没有电压测量单元902的情况下由电压放大单元904立即放大。

在减法器的第一输入端子接收由电压放大单元904放大的开关元件201两端的电压信号(S1120)。

此外，将连接到减法器906的另一输入端子的温度补偿单元908的输出电压信号输入到减法器906的第二输入端子(S1130)。

如上所述，温度补偿单元908被配置为补偿根据由开关元件201的温度变化引起的电阻变化而变化的电压值，并且具有与开关元件201相同的温度-电阻曲线。因此，类似于电压放大单元904的随开关元件201的温度变化的输出电压信号，温度补偿单元908的输出电压信号也随温度变化。

因此，输入到减法器的两个信号之间的差总是保持恒定。因此，即使开关元件201的电压随温度变化，减法器906的输出电压信号也保持恒定。

减法器906的输出电压信号被输入到A/D转换器910(S1140)。

A/D转换器910使用例如5V的固定参考电压将减法器906的输入输出电压信号转换为数字信号(S1150)，并将数字信号发送到MCU(S1160)。

尽管上面已经通过有限的实施方式和附图描述了本发明，但是本发明不限于此，并且对于本领域技术人员显而易见的是，可以在本发明的技术精神和下面将要描述的权利要求的等同范围内以各种方式实现本发明。